產(chǎn)品全生命周期管理(PLM)系統(tǒng)在前后橋產(chǎn)品中的應用

顏琳沁

(湖南中聯(lián)重科車橋有限公司技術部，湖南 常德 415400)

0 引言

隨著計算機技術和信息技術在工業(yè)界的應用，企業(yè)在利用高新技術提高自身設計能力和管理水平的過程中，正被大量的產(chǎn)品數(shù)據(jù)所包圍，各個自動化孤島之間的信息不能充分共享，產(chǎn)品設計過程的信息無法交流［1］。信息的普遍性和分布性，對制造企業(yè)提出新的挑戰(zhàn)。企業(yè)間競爭的優(yōu)勢不僅僅依靠技術，還要求企業(yè)加強合作和全球化。企業(yè)間通過互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接，多個機構組成的一個組織，能共享知識和資源，并協(xié)同提供一種產(chǎn)品或服務。這種協(xié)作和聯(lián)盟可以最大限度地發(fā)揮各自的優(yōu)勢，通過向客戶提供綜合解決方案，在更好滿足顧客全面需求的同時，去實現(xiàn)每個聯(lián)盟伙伴自己的目標。產(chǎn)品整個生命周期管理(Product Lifecycle Management，PLM)技術明確定位為面向制造企業(yè)，以產(chǎn)品為管理的核心，以數(shù)據(jù)、過程和資源為管理信息的三大要素［1］。企業(yè)采用PLM，其商業(yè)目標就是以最低的成本，提供符合市場個性化需求的產(chǎn)品，快速占領市場。

湖南中聯(lián)重科車橋有限公司作為一定生產(chǎn)規(guī)模的中型企業(yè)，現(xiàn)已形成以汽車車橋為主體，客車底盤、客車整車為補充的三大系列的產(chǎn)品結構。企業(yè)主導產(chǎn)品汽車車橋總成已形成11種產(chǎn)品系列，是國內(nèi)輕型車橋產(chǎn)銷規(guī)模最大、品種最多的專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)。隨著企業(yè)的發(fā)展壯大，產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)和技術文檔也呈現(xiàn)出“信息爆炸”的增長勢頭，如果企業(yè)內(nèi)部缺乏有效的信息傳遞和交換，勢必形成“信息孤島”。如何解決這些發(fā)展的“瓶頸”，成為名副其實的車橋行業(yè)巨人，對企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)管理體系提出了更高的要求。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理在企業(yè)內(nèi)部信息的嚴謹性、正確性和唯一性，在企業(yè)間的信息協(xié)同交流、維護復雜性等方面都存在不足。本文作者介紹了PLM技術在湖南中聯(lián)重科車橋有限公司前后橋產(chǎn)品中的應用。

1 PLM系統(tǒng)在前后橋產(chǎn)品中的應用

1.1 PLM簡介

PLM起源于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Product Data Management，PDM)。PDM是管理所有與產(chǎn)品相關的信息和過程的技術。與產(chǎn)品相關的所有信息，即描述產(chǎn)品的各種信息，包括零部件信息、結構配置、文件、CAD檔案、審批信息等;與產(chǎn)品相關的過程，即對這些過程的定義和管理，包括信息的審批和發(fā)放等［2］。它以產(chǎn)品為中心，通過軟件技術把企業(yè)生產(chǎn)過程中所有與產(chǎn)品相關的信息和過程集成起來，統(tǒng)一管理，使產(chǎn)品數(shù)據(jù)在生命周期內(nèi)保持一致、最新和安全。PDM系統(tǒng)則可以明顯提高企業(yè)的產(chǎn)品信息共享程度、信息傳遞速度與數(shù)據(jù)安全性，增強新產(chǎn)品開發(fā)能力，規(guī)范業(yè)務管理，從而促進企業(yè)核心競爭力的全面提高。

PLM技術是PDM技術發(fā)展歷程中的第三個階段。PLM起源于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，以工程設計為基礎，是對產(chǎn)品從概念設計、詳細設計、生產(chǎn)、投用、維護和后期服務直到退出市場并消亡的完整生命周期的管理。通過培育期研發(fā)成本最小化和成長期至結束期的企業(yè)利潤最大化實現(xiàn)降低成本和增加利潤［3］。

1.2 PLM的實施過程

中聯(lián)車橋PLM系統(tǒng)的實施總體分為4個階段。在第一階段，PLM實施目標為建立基本的PLM數(shù)據(jù)管理框架，實現(xiàn)基本的項目管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、二維CAD的集成、電子審批和設計變更等流程管理。同時，通過多站點協(xié)同技術實現(xiàn)分公司和中聯(lián)總部的采購件同步功能。在數(shù)據(jù)管理方面，不僅結合了中聯(lián)編碼和中聯(lián)車橋公司現(xiàn)存的編碼體系，而且融合了汽車行業(yè)標準TS16949的質量控制體系思想［4］。

在第二階段，PLM實施目標為:(1)實現(xiàn)對制造工藝的管理，對工藝路線進行定義和編制，根據(jù)工藝路線指導工藝分工。從設計BOM向工藝BOM轉換，保證設計BOM與工藝BOM數(shù)據(jù)的一致性。(2)實現(xiàn)與三維CAD集成，推進車橋零部件產(chǎn)品設計的三維化。中聯(lián)車橋應用的PLM產(chǎn)品Team-center2007，具有業(yè)界領先的三維CAD集成能力，基于三維軟件和Teamcenter環(huán)境將形成協(xié)同的產(chǎn)品開發(fā)設計環(huán)境。(3)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分類管理，利用成組技術對零件進行分類，對不同類的零件如標準件進行不同的特征參數(shù)定義，方便設計人員按特征參數(shù)查詢零件，提高零件和設計的重用率。同時還可對工藝資源如工具、夾具、刀具等進行分類和參數(shù)管理。(4)實現(xiàn)產(chǎn)品配置管理，這其中涵蓋版本有效性配置管理和變量配置管理。這些規(guī)則定義好之后，使用人員在輸入變量的選項值之后，PLM系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則運算，自動選裝、選配與選項值定義條件相符合的零部件，縮短產(chǎn)品配置時間，避免產(chǎn)品手工配置容易發(fā)生的錯誤。變量配置管理可以減少車橋最終需要管理的產(chǎn)品數(shù)量，同時通過配置產(chǎn)生新的產(chǎn)品，可以提高設計效率。變量配置管理更致力于提高中聯(lián)車橋未來產(chǎn)品設計過程中的標準化和通用化水平。(5)實現(xiàn)項目進度管理，跟蹤項目進度等。

PLM技術通過第一和第二階段的推進，為第三階段的工作奠定堅實的基礎。在第三階段的工作中，實施目標是全面推行三維產(chǎn)品設計，實現(xiàn)三維工藝設計和三維工藝仿真，實施MES制造執(zhí)行系統(tǒng)，全面提升制造管理水平。在第四階段的工作中，實施目標是全面實行與供應商和主機廠的協(xié)同應用。

2 PLM在前后橋產(chǎn)品實施中的功能化

2.1 基本數(shù)據(jù)管理

在中聯(lián)車橋實施PLM技術的整個過程中，第一個階段是關鍵，更是基礎。數(shù)據(jù)管理是 Teamcenter2007的重要功能之一［3］。管理對象包括各種類型的文檔、產(chǎn)品數(shù)據(jù)以及相應的屬性和版本信息。首先是數(shù)據(jù)的創(chuàng)建:在【我的Teamcenter】中創(chuàng)建文件夾，文件夾可以包含其他任何工作區(qū)對象(產(chǎn)品圖紙、產(chǎn)品清單、技術文檔、工藝文件、其他文件夾等)(見圖1)。每個文件夾必須有一個名稱，但不是唯一的，允許相同。這樣在指定位置就可以看到新創(chuàng)建的文件夾了。

其次是創(chuàng)建Item:Item(對象)是Teamcenter 2007中的基本數(shù)據(jù)模型［3］。它們一般是產(chǎn)品的組成部分包括零件、部件、外購件、文檔等或者是其他的數(shù)據(jù)如工藝卡、測試規(guī)程、標準件、工具、工程更改等。在前后橋產(chǎn)品中常用的Item類型一般包括:技術文檔、自制件、問題報告、更改通知單等(見圖2)。而這幾種常用的Item類型都可以相對它的版本對象自動生成一個編碼(見圖3)。

第三是創(chuàng)建數(shù)據(jù)集:數(shù)據(jù)集Dataset用來存放管理由其他軟件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件。常用的類型有:MSExcel電子表格數(shù)據(jù);MSWord文檔數(shù)據(jù);Text文檔數(shù)據(jù);PDF文檔數(shù)據(jù);ACADDWG二維圖紙數(shù)據(jù)和ProPrt、ProAsm三維模型數(shù)據(jù)等［3］。

第四是數(shù)據(jù)的修改:在產(chǎn)品全生命周期中，產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)在不同階段會處于不同狀態(tài)。一旦數(shù)據(jù)發(fā)布就不能直接修改，這就需要通過“修訂”產(chǎn)生新的版本。如圖4所示的1114－980168－1010這個零件通過“修訂”產(chǎn)生B版本，設計人員可對升版后零組件的屬性表單、BOM清單、數(shù)據(jù)集進行編輯和保存。

為了保證數(shù)據(jù)的安全性，在同一時間內(nèi)只允許一個用戶對數(shù)據(jù)有修改權限。因此當用戶將數(shù)據(jù)簽出(Check out，簡稱CO)后，其他用戶對該數(shù)據(jù)的內(nèi)容不能再更改。當用戶完成對數(shù)據(jù)的修改，將數(shù)據(jù)簽入(Check-in)后，其他具有修改權限的用戶才恢復對該數(shù)據(jù)的修改權限。

第五是數(shù)據(jù)的查詢:幾種常用的查詢方式如下:

(1)自制件版本查詢，如圖5所示。

(2)外購件版本查詢，如圖6所示。

第六是引用和使用:

(1)查看零組件的使用情況。在【我的Teamcenter】中，使用關系是指零部件之間的裝配關系。通過查看零組件的使用關系可查到它被裝配到了哪些零組件中。使用深度級別分為:一級(查看它的直接父件);所有級(查看它的所有父件);頂級(查看它被裝到哪一個產(chǎn)品中，即最頂層的組件，中間組件不顯示)。

(2)查看對象的引用情況。在【我的Teamcenter】中，引用(Reference)關系最主要是通過復制一個對象，然后粘貼到其他地方形成的。通過剪切操作就可以解除對象和對象之間的引用關系。引用深度級別分為:一級(查看它的直接引用對象);所有級(查看它的各級引用對象，一直到最頂層，同時顯示中間各級的對象);頂級(查看它的最頂層引用對象，中間對象不顯示)。如圖7所示。

第七是數(shù)據(jù)集的下載:有下載權限的用戶可以將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)下載到本地。

第八是數(shù)據(jù)的刪除:用戶只能刪除未發(fā)布的、自己有所有權、沒有被引用或使用、且不在流程中的數(shù)據(jù)對象，包括文件夾、Item和數(shù)據(jù)集等。

2.2 產(chǎn)品結構管理

產(chǎn)品結構管理器(Product Structure Editor，PSE)主要用于查看、創(chuàng)建和修改產(chǎn)品結構數(shù)據(jù)。產(chǎn)品結構編輯器【PSE】是Teamcenter 2007為用戶提供的專門創(chuàng)建和維護產(chǎn)品結構的一個應用程序。PSE的主要功能有:瀏覽產(chǎn)品結構、建立和編輯結構、產(chǎn)品結構的查詢、更改比較等功能。其中比較產(chǎn)品結構具有實用性和廣泛性，如圖8所示。

2.3 PCCAD/Teamcenter集成

接口功能Teamcenter上線后，前后橋產(chǎn)品研發(fā)過程的大部分工作仍然在PCCAD環(huán)境下進行，不同點是圖文檔的創(chuàng)建、編輯、存儲和工作流管理將在Teamcenter系統(tǒng)下進行，并且Teamcenter為設計、工藝和下游制造部門提供了一個網(wǎng)絡化的協(xié)同工作環(huán)境。PCCAD與Teamcenter 2007的集成接口就是連接設計工具PCCAD與PLM管理系統(tǒng)(Teamcenter 2007)的橋梁和工作界面。創(chuàng)建新圖，通過PCCAD先進行圖框設置，圖號、產(chǎn)品編碼、圖樣名稱、版本、質量等級、質量、材質、比例等基本信息，可將圖紙保存到Teamcenter中指定的文件夾。同時Teamcenter中會掛上CAD圖和一張PDF格式的圖(見圖9)，PSE結構相應也以最新導入的為準。

2.4 項目管理

項目管理是Teamcenter 2007系統(tǒng)的重要功能之一，是系統(tǒng)的運用基礎，是開發(fā)設計的源頭。項目對象包括策劃文檔、設計文檔、研發(fā)管理文檔、產(chǎn)品設計和工藝設計等產(chǎn)品相關的項目。首先是創(chuàng)建項目，具有項目管理權限的管理人員才可以創(chuàng)建項目，一般技術人員只有瀏覽項目的權限。其次是創(chuàng)建項目團隊，根據(jù)該項目組的有關要求，針對開發(fā)該產(chǎn)品所需要的人員創(chuàng)建該項目組的團隊成員，主要包括設計、工藝、標準化、研發(fā)領導等相關人員。

2.5 工作流程管理

對產(chǎn)品開發(fā)的流程進行管理是PLM系統(tǒng)的基本功能，流程是為了實現(xiàn)一個目標的業(yè)務活動，所有的工作通過一個或多個步驟來實現(xiàn)，流程使得這些業(yè)務活動自動化。在執(zhí)行流程的過程中，通過流程步驟使文檔、任務、信息等在不同人員之間傳遞。工作流程大到一個產(chǎn)品的整個生命周期，小到一張圖紙、一個文件的審批。用戶可以建立串行或并行的工作流程，使得工程技術人員并行地協(xié)調工作。當用戶打開我的工作列表時，就可以看到最新的工作任務清單。設計人員可以隨時查看整個項目的執(zhí)行狀態(tài)，直到該工作全部完成。我的工作列表包括要執(zhí)行的任務和要跟蹤的任務兩大類，這兩大類文件夾又涵蓋了圖中的幾個文件夾(見圖10)。

3 結束語

通過PLM系統(tǒng)在前后橋產(chǎn)品中的應用，可以看出PLM技術的先進性，它也必將成為將來發(fā)展的趨勢。在需求分析階段，對各項基礎數(shù)據(jù)的詳細調研，是進行PLM客戶化的基礎，以這些數(shù)據(jù)為基礎，開發(fā)出真正適合中聯(lián)車橋股份有限公司實際需求的PLM系統(tǒng)。

在客戶化工作過程中，采用了軟件供應商與技術部設計人員相結合的方法。讓企業(yè)技術人員以圖紙為核心，參與歷史數(shù)據(jù)導入，不僅可以為企業(yè)培養(yǎng)熟悉PLM的技術骨干，而且對于PLM的后續(xù)服務非常有利。利用Teamcenter的多站點協(xié)同模塊，與中聯(lián)總部實現(xiàn)采購件等集團級統(tǒng)一數(shù)據(jù)的同步。PLM的應用是一個相當長期的過程，比如定義數(shù)據(jù)集管理PRo三維圖紙，并可與對應的Item關聯(lián)，對于三維模型文件，打包上傳到PLM系統(tǒng)等。PLM系統(tǒng)的實施并不是購買一套軟件產(chǎn)品就可以成功的，它的使用過程也是一個不斷改進和優(yōu)化的過程。因此良好的用戶服務在PLM的實施中占據(jù)了相當重要的地位，只有良好的技術支持和服務，PLM的實施與運用才能算得上成功。

【1】機械設計手冊編委會．機械設計手冊:第6卷［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2004．

【2】朱曉春．周炳海．吳堅，等．先進制造技術［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2004:111．

【3】PLM項目組．中聯(lián)重科車橋有限公司PLM使用手冊［M］．2011:4;30－31;41．

【4】張斌．中聯(lián)車橋PLM實施工作說明書［M］．通力凱頓(北京)系統(tǒng)集成有限公司，2011:6．